锗酸锆的应用的制作方法

本发明属于环境污染治理技术领域，涉及锗酸锆(ZrGeO₄)作为一种新型催化剂在降解有机染料污染物中的应用。

背景技术：

随着人口的增加，全世界的印染产业规模不断扩大，该产业排出的大量有机染料污染物，已成为全世界水污染的重要来源。半导体光催化技术可在室温下直接利用太阳光将染料污染物高效地氧化降解。因此，通过光催化技术，充分利用太阳光来降解染料污染物是目前环境污染治理的一条有利途径。因紫外光只占太阳光总能量的4％左右，而可见光占46％左右，所以利用太阳能的关键在于利用太阳光中的可见光。因此，可见光响应型的光催化剂在当今环境治理领域具有重要的应用前景。然而，因为能带结构的限制，再加上高的光生载流子复合率，可见光催化剂降解染料污染物的活性和耐用性一般较低。

降解染料污染物的另一条有利途径是不通过光照，在节能的室温条件下使用催化剂进行催化降解。发展高活性、高耐用性的催化剂以用于无光照、室温条件下染料污染物的降解，在环境污染治理领域具有重要的实用前景和学术价值。

很多催化剂在有光照的条件下能表现出催化活性，甚至高的活性，但这种活性的获得，常常对光照这个条件非常依赖。如果光照强度很弱，或者没有光照，则无法表现出催化活性，甚至要求为特定波长光的照射才能表现出活性，这使得催化剂的应用受到了限制。因此，研究开发对外界条件要求较低的催化剂，具有扩宽应用范围和降低应用成本的重要意义。

ZrGeO₄是一种无机化合物，虽然它的制备方法和组成鉴定早已有文献报道，但目前尚未有专利和文献报道ZrGeO₄的应用研究，尤其它作为催化剂的应用研究。

技术实现要素：

本发明目的在于提供锗酸锆(ZrGeO₄)在环境治理领域的一种新应用，首次提供此化合物的应用示例。

本发明的技术方案为：

一种锗酸锆的应用，ZrGeO₄作为催化剂降解有机染料污染物，具体应用的步骤为：

(1)以有机染料污染物为底物，以ZrGeO₄为催化剂进行催化降解；

(2)ZrGeO₄催化剂的活性评价：测定有机染料污染物的降解速率，以其完全降解所需的时间来衡量其催化活性。

上述的锗酸锆的应用，所述的有机染料污染物优选为罗丹明B(RhB)或亚甲基蓝(MB)，所述的催化降解，温度为10～25℃，光照条件为完全避光或自然光照射。

本发明的有益效果在于：

(1)实验结果表明，ZrGeO₄即使在完全避光的室温条件下也能有效降解罗丹明B或亚甲基蓝等有机染料。在降解实验中，ZrGeO₄重复使用三次，活性没有降低；继续重复使用多次，活性仍无明显的下降，表现出非常高的耐用性。

(2)本发明的ZrGeO₄催化降解染料时不需要依赖光照条件，对温度也几乎没有要求、耐用性高，具有良好的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的ZrGeO₄催化剂的XRD图。

图2为本发明实施例1制备的ZrGeO₄降解RhB染料的活性结果，以及ZrGeO₄重复使用的活性结果。其中，C₀为催化剂加入前RhB的初始浓度，C为催化过程中任一时刻下RhB的浓度。

图3为本发明实施例1制备的ZrGeO₄降解MB染料的活性结果，以及ZrGeO₄重复使用的活性结果。其中，C₀为催化剂加入前MB的初始浓度，C为催化过程中任一时刻下MB的浓度。

具体实施方式

下面是本发明ZrGeO₄和应用研究的具体实施例，以下实施例旨在进一步详细说明本发明，而非限制本发明。

实施例1

(1)ZrGeO₄的制备

取20mmol的ZrOCl₂溶解于100ml去离子水中，然后再加入20mmol的GeO₂，在室温下搅拌30分钟。将所得混合物转入体积为150mL的高压反应釜中，在220℃下静置24h后，自然冷却至室温。将所得沉淀用去离子水洗涤三次(每次用去离子水50mL)，离心分离后，置于温度为60℃的烘箱干燥24h。最后，将所得固体在900℃下灼烧2小时即得ZrGeO₄样品。

(2)ZrGeO₄的表征

从图1的XRD图可见，ZrGeO₄样品的晶相与《粉末衍射卡片集》中JCPDS No.34-0407的标准ZrGeO₄晶相完全吻合，这说明ZrGeO₄样品成功制备。

(3)ZrGeO₄催化降解RhB的活性测试

将150mg的ZrGeO₄催化剂置于100mL浓度为3mg/L的RhB溶液(盛装于400mL的敞口烧杯)中，在完全避光的室温下搅拌。分别在不同时间点取样，离心分离后取上清液，将上清液稀释得到试样。用紫外分光光度计(普析TU1810、北京普析通用仪器有限责任公司)测定试样在554nm处的吸光度。最后根据浓度-吸光度标准曲线推算试样的RhB浓度。

(4)ZrGeO₄催化降解MB的活性测试

将150mg的ZrGeO₄催化剂置于100mL浓度为6mg/L的MB溶液(盛装于400mL的敞口烧杯)中，在完全避光的室温下搅拌。分别在不同时间点取样，离心分离后取上清液，将上清液稀释得到试样。用紫外分光光度计(普析TU1810、北京普析通用仪器有限责任公司)测定试样在665nm处的吸光度。最后根据浓度-吸光度标准曲线推算试样的MB浓度。

活性实验结果表明，在完全避光的室温条件下，ZrGeO₄催化剂在10h内能将RhB染料完全降解(图2)，在16h内能将MB染料降解75～80％(图3)。在RhB和MB染料的降解实验中，ZrGeO₄重复使用三次，活性没有降低。此外，实验结果还表明，继续重复使用多次，活性仍能较好保持，没有明显的活性下降。因此，ZrGeO₄催化剂降解RhB或MB染料是一个节能、高效的过程，在环境污染治理方面有潜在的应用前景。